Raport stiintific privind implementarea proiectului PN-II-ID-PCE-2011-3-0641 CONDUCEREA AVANSATA A SISTEMELOR DE FABRICATIE REVERSIBILE, DE ASAMBLARE SI DEZASAMBLARE, UTILIZAND ROBOTI MOBILI ECHIPATI CU MANIPULATOARE ROBOTICE pe toata perioada de executie a proiectului pana in prezent Assoc Prof. Ph. D. Eng. Alina VODA-project leader, principal investigator, Ph.D. in Control Systems, Ph.D. supervisor in Control Systems; Prof., Ph.D., Eng. Adrian FILIPESCU - senior researcher, University “Dunarea de Jos” of Galati, Ph.D. in Control Systems (Contributions to the synthesis of systems with variable structure and adaptive), Ph.D. supervisor in Control Systems; Assoc Prof., Ph. D. Eng. Eugenia MINCA -senior researcher, University “Valahia” of Targoviste, Ph.D. in Control Systems (Contribution to the supervision of production systems using fuzzy Petri nets: application to the e- maintenance), second Ph. D in Industrial Engineering; Assistant, Ph.D., Eng. Otilia DRAGOMIR -Postdoctoral researcher, University “Valahia” of Targoviste, Ph.D. in Control Systems (Contribution to prognosis failures of production, by neuro-fuzzy network: control of the prediction error); Eng. Bogdan DUMITRASCU, - Ph.D. student in Control Systems (contributions to control, navigation and obstacle avoidance of mobile robots and autonomous vehicles), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his Ph.D supervisor; pe 29-noiembrie-2012 a susținut public teza de doctorat cu Adrian Filipescu și Eugenia Mincă membri în comisia de susținere publică. Lecturer eng. Adriana SERBENCU, Ph.D. student in Control Systems (contributions to intelligent control of collaborative mobile robots), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is her Ph.D. supervisor; Eng. Adrian RADASCHIN, Ph.D. student in Control Systems (contributions to the intelligent control of mobile robots integrated in flexible manufacturing lines), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his Ph.D supervisor, Alina Voda is his Ph.D co-supervisor; pe 29-noiembrie-2012 a susținut public teza de doctorat, cu Adrian Filipescu, Alina Vodă și Eugenia Mincă membri în comisia de susținere publică. Eng. Silviu FILIPESCU Ph.D. student in Electrical Engineering (contributions to advanced control of mechatronic lines served by mabile platform equipped with manipulators using DSPs and embedded systems), Polytechnic University of Bucharest, Liviu Kreindler his Ph.D supervisor. Eng Silviu Filipescu Replace in the research team Ph.D student eng. Adrian Enache who renounced to doctoral studies and to research team project; Eng. Cristian VASILACHE, Ph.D. student in Control Systems (contributions to the control of mobile robots equipped with robotic manipulators by biometric techniques), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his Ph.D supervisor, Alina Voda is his Ph.D co-supervisor.
13
Embed
Raport stiintific privind implementarea proiectului PN-II-ID-PCE ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Raport stiintific
privind implementarea proiectului PN-II-ID-PCE-2011-3-0641
CONDUCEREA AVANSATA A SISTEMELOR DE FABRICATIE REVERSIBILE, DE ASAMBLARE SI DEZASAMBLARE, UTILIZAND ROBOTI MOBILI
ECHIPATI CU MANIPULATOARE ROBOTICE pe toata perioada de executie a proiectului pana in prezent
Assoc Prof. Ph. D. Eng. Alina VODA-project leader, principal investigator, Ph.D. in Control Systems, Ph.D. supervisor
in Control Systems;
Prof., Ph.D., Eng. Adrian FILIPESCU - senior researcher, University “Dunarea de Jos” of Galati, Ph.D. in Control
Systems (Contributions to the synthesis of systems with variable structure and adaptive), Ph.D. supervisor in Control
Systems;
Assoc Prof., Ph. D. Eng. Eugenia MINCA -senior researcher, University “Valahia” of Targoviste, Ph.D. in Control
Systems (Contribution to the supervision of production systems using fuzzy Petri nets: application to the e-
maintenance), second Ph. D in Industrial Engineering;
Assistant, Ph.D., Eng. Otilia DRAGOMIR -Postdoctoral researcher, University “Valahia” of Targoviste, Ph.D. in Control
Systems (Contribution to prognosis failures of production, by neuro-fuzzy network: control of the prediction error);
Eng. Bogdan DUMITRASCU, - Ph.D. student in Control Systems (contributions to control, navigation and obstacle
avoidance of mobile robots and autonomous vehicles), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his
Ph.D supervisor; pe 29-noiembrie-2012 a susținut public teza de doctorat cu Adrian Filipescu și Eugenia Mincă
membri în comisia de susținere publică.
Lecturer eng. Adriana SERBENCU, Ph.D. student in Control Systems (contributions to intelligent control of
collaborative mobile robots), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is her Ph.D. supervisor;
Eng. Adrian RADASCHIN, Ph.D. student in Control Systems (contributions to the intelligent control of mobile robots
integrated in flexible manufacturing lines), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his Ph.D
supervisor, Alina Voda is his Ph.D co-supervisor; pe 29-noiembrie-2012 a susținut public teza de doctorat, cu Adrian
Filipescu, Alina Vodă și Eugenia Mincă membri în comisia de susținere publică.
Eng. Silviu FILIPESCU Ph.D. student in Electrical Engineering (contributions to advanced control of mechatronic lines
served by mabile platform equipped with manipulators using DSPs and embedded systems), Polytechnic University
of Bucharest, Liviu Kreindler his Ph.D supervisor. Eng Silviu Filipescu Replace in the research team Ph.D student eng.
Adrian Enache who renounced to doctoral studies and to research team project;
Eng. Cristian VASILACHE, Ph.D. student in Control Systems (contributions to the control of mobile robots equipped
with robotic manipulators by biometric techniques), University “Dunarea de Jos” of Galati, Adrian Filipescu is his
Ph.D supervisor, Alina Voda is his Ph.D co-supervisor.
Mai jos, se raporteaza rezultate stiintifice obtinute si diseminarea lor la fiecare din cele 5 obiective din propunerea
de proiect:
OB1) Obtinerea de modele cinematice si dinamice pentru robotii mobili cu doua roti motoare si una libera
(2DW/1SW), cu doua roti motoare si doua libere (2DW/2SW) si cu patru roti motoare si directoare 4DW/SW,
echipati cu manipulatoare robotice pentru transportul sarcinilor de greutate : mica, medie si mare.
Pentru a face reversibila o linie flexibila de asamblare, adica sa execute si dezasamblare, se vor utiliza roboti mobili echipati cu manipulatoare robotice care vor transporta componentele din locatiile unde se efectueaza dezasamblarea catre locatiile magaziilor de depozitare si de unde se preiau piesele pentru asamblare.
Pentru transportul pieselor de greutate mica (pana la 450g) s-a utilizat robotul mobil 2DW/1FW Pioneer 3-DX ce are montat manipulatorul cu articulatii si brate rigide Pioneer 6-DOF Arm (figurile 1 si 2). Conducerea ansamblului manipulator robotic-platforma mobila s-a diseminat prin lucarea la care prim autor este directorul de proiect, iar drept coautori sunt doi cercetatorii seniori din echipa proiectului: A. Besançon-Voda, A. Filipescu, I. Susnea, E. Minca, "Control and Obstacle Avoidance of a Mobile Platform Used as
Robotic Assistant for Elderly and Disabled", The 6th National Conference on "Control Architectures of Robots", May
24-25, 2011, Grenoble, FRANCE;
Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4
Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8
Pentru transportul pieselor de greutate medie (pana la 1kg) se va utiliza robotul mobil 2DW/2FW, PatrolBot (Figura 3) care permite montat manipulatorul cu articulatii si brate rigide 6-DOF Cyton 2 Premium P-Series Robot Arm. Manipulatorul este prevazut a se achizitiona in decursul anului 2014, iar platforma mobila PatrolBot echipata cu manipulatorul care sa deserveasca liniile flexibile de fabricatie va face obiectul cercetarii in anul 2014. Pentru transportul pieselor de greutate mare (pana la 5 kg) se vor utiliza robotii mobili: 2DW/2FW, PowerBot (Figura 4) si 4DW/SW Seekur (Figura 6) care permite montarea manipulatorelor cu articulatii si brate rigide 6-DOF Adept Robot Arm (Figura 4), pe PowerBot,si 6-DOF Seekur Outdoor manipulator (Figura 5). Manipulatorele sunt prevazute a se achizitiona in decursul anului 2014.
Rezultatele privind modelarea si conducerea platformelor mobile Pioneer 3-DX si PatrolBot s-au diseminat prin
publicatii anterioare anului 2011, iar pentru robotii mobili PowerBot si Seekur s-au diseminat prin urmatoarele
Figura 10. Linia reversibila de asamblare/dezasamblare Hera&Horstman deservita de robotul mobil Pioneer 3-DX echipata cu manipulatorul Pioneer 5-DOF Arm
Modelul RPT discret al linei de asamblare/dezasamblare Hera&Horstmann deservita de robotul mobil Pioneer 3-DX echipat cu manipulatorul Pioneer 6-DOF Arm a fost diseminat prin publicatiile: A. Radaschin, A. Voda, E. Minca, A. Filipescu, Task Planning Algorithm in Hybrid Assembly/Disassembly Process, 14th IFAC Conference on Information Control Problems in Manufacturing, (INCOM 2012), May 23-25, 2012, Bucharest, ISSN: 1474-6670; ISBN: 978-3-902661-98-2, pp. 267-272, IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline) Adrian Filipescu, Silviu Filipescu, Eugenia Minca, Hybrid System Control of an Assembly/Disassembly Mechatronics Line Using Robotic Manipulator Mounted on Mobile Platform, The 7th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA2012), 18-20 July, 2012, Singapore, pp. 433-438, IEEE Catalog Number CFP 1220A-CDR, ISBN: 978-1-4577-2117-5. A. Voda, A. Radaschin, E. Minca, A. Filipescu, Control of Automatic Robot with Guided Manipulator Integrated into Flexible Manufacturing System Using Hybrid Petri Nets, IEEE International Conference on System Theorie, Control and Computing, Joint Conference SINTES 16, SACCS 12, SIMSIS 16, Proceedings of the 16th IEEE International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC2012, Sinaia, 12-14, Oct, 2012 ISBN 978-606-834-848-3, IEEE Catalog Number CFP1236P-CDR.
E. Minca, V. Stefan, A. Filipescu, A. Serbencu, A. Filipescu Jr,-Two Approaches in Modeling of Assembly/Disassembly Line with Integrated Manipulator Mounted on Mobile Platform, International Conference on System Theory, Control and Computing, Joint Conference SINTES 16, SACCS 12, SIMSIS 16, Proceedings of the 16th IEEE, International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC2012 12-14, Oct. Sinaia, 2012, ISBN 978-606-834-848-3, IEEE Catalog Number CFP1236P-CDR.
Figura 11. Planificarea taskurilor pe linia Figura 12. Modelul RPT al liniei Hera&Horstman
Hera &Horstmann
Figura 13 Linia de prelucrare FESTO MPS-200 deservita de robotul mobil Pioneer 3-DX echipat cu manipulator
S1on
S1off
P parts w arehouse1
P
S2on
S2off
P parts w arehouse 2
P
S3on
S3off
P parts w arehouse3
P
S4on
S4off
P parts w arehouse4P
S5on
S5off
P
Mbad
Mgood
P
S5on
S5off
Pa5
S4on
S4off
Pa4
S3on
S3off
Pa3
S2on
S2off
Pa2
S1on
S1off
Pa1
P cilinder draw er 5
P cilinder draw er 4
P cilinder draw er 3
P cilinder draw er 2
P cilinder draw er 1
P
C0
P
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
Tdisassembly P5
1
T
1
T
1
Tdisassembly P4
1
T
1
Tdisassembly P3
1
T
1
Tdisassembly P2
1
Tdisassembly P1
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
1
T
0T
0
Figura 14. Planificarea taskurilor pe linia FESTO Figura 15. Modelul RPT al liniei FESTO
Pentru elaborarea modelului global al asamblarii și/sau dezasamblarii, se va considera aspectul hibrid al procesului de asamblare/dezasamblare, proces deservit de platforma mobilă. Instrumentul dedicat modelării sunt Retele Petri Hibride (RPH) care integrează atât aspectul discret (în modelarea proceselor de asamblare/dezasamblare) dar și cel continuu, deplasarea robotului mobil (wheeled mobile robot- WMR) și acțiunile lui de manipulare (robotic manipulator-RM)a componentelor. Modelul final este de tip RPH sicronizat (RPHS sau, in lmba engleză Sybcronized Hybrid Petri Nets, SHPN, Temporized Petri Nets, TPN, Temporized Hybrid Petri Nets, THPN) deoarece este interfațat cu evenimente externe de sincronizare, într-o abordare a modelării/simulării în timp real (Figurile 16, 17, 18 si 19).
Figura 16 Structura modelului hibrid sincronizat Figura 17 Module elementare e-TPN și e-SHPN
Figura 18. Modelul TPN al asamblarii pe linia H&H Figura 19. Modelul e-SHPN pentru prima dezasamblare
Figura 20. Modelulul e-SHPN pentru ultima dezasamblare Figura 21 Modelul hibrid HPN al liniei FESTO
Modelul RPH al liniei de asamblare /dezasamblare Hera&Horstmann a fost simulat in mediul Sirphyco iar rezultatele
sunt prezentate in figurile 22 si 23. Se costata din simulare ca evolutia sistemului respecta distantele din figura 10.
Figura 22.Variatia starilor continue si discrete associate deplasarilor platformei mobile echipata cu manipulator corespunzatoare primei perioade de dezasamblare.
Figura 23.Variatia starilor continue si discrete associate deplasarilor platformei mobile echipata cu manipulator corespunzatoare ultimei perioade de dezasamblare.
Modelul hybrid RPHS al linei de asamblare/dezasamblare Hera&Horstmann deservita de robotul mobil Pioneer 3-DX
echipat cu manipulatorul Pioneer 6-DOF Arm a fost diseminat prin publicatiile:
Figura 25. Interfața grafică de conducere în mediul LabVIEW
Figura 26. Schema bloc a comunicației dintre echipamentele utilizate în conducerea liniei flexibile HERA & Horstmann deservită de un robot mobil Pioneer P3-DX Programul de conducere a întregului proces de asamblare și dezasambalre este împărțit în două bucle locale de conducere, Figura 27. Prima buclă de conducere are ca obiectiv controlul procesului de asamblare/dezasamblare a liniei flexibile HERA & Horstmann. Acestă buclă de conducere este implementată în automatul programabil SIEMENS S7-300 cu procesor 314-2 DP și programată în mediul de programare Simatic STEP 7. A doua buclă de conducere locală o reprezintă algoritmul de conducere al robotului mobil Pioneer P3-DX echipat cu manipulator. Algoritmul de conducere este implementat într-un fisier de tip executabil care este lansat în aplicație de programul LabVIEW. În urma derulării fisierului executabil sunt scrise în fișiere de tip .txt variabile care reprezintă poziția robotului mobil echipat cu manipulator din cadrul procesului de dezasamblare. Programul LabVIEW citește variabilele din fișierele .txt, actulizează interfața grafică cu noua poziție a robotului și întervine în algoritmul de sincronizare al operațiilor de dezasamblare deservită de robotul mobil echipat cu manipulator.
Figura 27. Schema bloc a programului de conducere în timp real din mediul LabVIEW În cadrul procesului de testare în timp real din mediul de programare grafică LabVIEW se poate observa în Figura 28 evoluția operației de dezasamblare a unei componente, prin preluarea de către manipulator a primului cilindru, transportul acestuia cu ajutorul platformei mobile până la deposit și eliberarea acestuia.
Figura 28. Operația de dezasamblare a unei componente
În Figura 29 este prezentată evoluția întregului proces de dezasamblare a unui produs și momentele în care
manipulatorul deservește linia flexibilă.
Figura 29. Operațiile de dezasamblare a unui produs
În Figura 30 se observă acțiunile de deplasare a robotului mobil în cadrul procesului de dezasamblare și operațiile
manipulatorului.
Figura 30. Operațiile robotului mobil Pioneer P3-DX echipat cu manipulatorul 5-DOF Arm
Principalele contribuţii rezultate în urma implementării aplicației de conducere în timp real au vizat, în mod deosebit, elaborarea unei noi structuri flexibile de fabricație capabilă să îndeplinească sarcini multiple cu aceleași echipamente în cadrul diferitelor procese de fabricație. Rezultatele împlementării au urmărit desevirea proceselor flexibile de fabricație de catre o platformă mobilă echipată cu manipulator robotic capabilă să îndeplinească două sarcini diferite, transport și manipulare. Principalele rezultate obținute in cadrul proiectului, pana in present au fost:
1. Conducerea robotlor mobili si vehiculelor autonome, echipate cu manipulatoare in vederea transportului si maniularii de sarcini variabile de diferite greutati si dimensiuniș
2. Modelarea cu RPT a liniilor de mecatronica, de asamblare/dezasamblare si prelucrare/reprelurare; 3. Modelarea cu RPH a liniilor de mecatronica, de asamblare/dezasamblare si prelucrare/reprelurare 4. Dezvoltarea și implementarea unei aplicații grafice de control și conducere în timp real a sistemului flexibil
de asamblare și dezasamblare a unui produs, deservit de un robot mobil echipat cu manipulator; 5. dezvoltarea și implementarea unei metode de sincronizare a echipamentelor prin introducerea sistemului
distribuit de conducere.
Urmatoarele obiective din propunerea de proiect vor face vor face obiectul cercetarii in anul 2014: OB4b) sliding-mode control of mobile robots 2DW/1SW, 2DW/2SW, 4DW/SW required for tracking a given trajectory while avoiding obstacles and robustness to variable loads, external disturbances and parametric uncertainty model. Virtual pheromones and neuro-fuzzy control of mobile robots 2DW/1SW, 2DW/2SW, 4DW/SW will also be used OB5) a) Advanced control using virtual pheromones, neuro-fuzzy and sliding-mode techniques of hybrid RMSMRRM
structure, the types of parts for manufacturing, small and medium weights, served by systems of mobile robots:
2DW/1SW (Pioneer 3–DX, PeopleBot) and 2DW/2SW (PatrolBot) equipped with robotic manipulators with five
degrees of freedom (Pioneer 5-DOF Arm, 5-DOF Premium and Affordable P-Series Robot Arm);
OB 5) b) Advanced control using virtual pheromones, neuro-fuzzy and sliding-mode techniques of hybrid RMSMRRM structure, the types of parts for heavy manufacturing, systems served by mobile robots: the 2DW/2SW (PowerBot) and 4DW/SW (Seekur Robot) equipped with robotic manipulators with five degrees of freedom (5-DOF Adept Robot Arm), in order to balance the production flow. Reducerea drastica a bugetului in 2013 a facut imposibila achizitia de echipamente in 2013, echipamente (in principal manipulatoare robotice pentru a fi montate pe platformele mobile PowerBot si Seekur) absolut necesare indeplinirii obiectivelor si desfasurarii activitatilor din plnificarea stipulata prin propunerea de proiect.